CCUS, 이산화탄소 분리․회수 활용 … 석유화학 플랜트 적용 가능

막 분리 기술이 탄소중립 실현에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.
선진국들이 2050년경 탄소중립 실현을 위해 온실가스 배출량을 줄이고 있는 가운데 막 분리 기술이 유효한 수단으로 주목받고 있다.
적용이 기대됐던 화학 플랜트 도입은 아직 실현되지 않고 있으나 이산화탄소(CO2) 회수‧이용‧저류(CCUS) 분야에서는 도입 가능성이 높아지고 있고 천연가스 채굴 현장에서는 기존 프로세스에서 막 분리 공법으로 전환하는 움직임이 본격화되고 있다.
앞으로 투자가 활성화된 시장에 기술을 투입함으로써 경제성을 확보하고 추가적인 연구개발(R&D)을 본격화함으로써 미래 산업에 적용하기 위한 기술을 개발할 것이 요구되고 있다.
화학산업 단체들은 카본 프라이싱 등 환경보호를 위한 의식이 확대되고 있는 가운데 석유화학 플랜트의 에너지 소비량 감축을 위한 논의를 본격화하고 있으며, 일본에서는 저류 프로세스를 대체하기 위해 막 분리 기술을 도입하는 방안을 검토하고 있다.
에너지 사용량을 약 20% 정도 감축할 수 있기 때문이다.
다만, 약 10년 전 일본 정부의 주도 아래 추진됐던 막 분리 프로젝트는 대부분 연구기한이 종료됐고 석유화학 플랜트에 도입되지 못한 것으로 파악되고 있다.
일본 신에너지‧산업기술종합연구기구(NEDO) 산하 기술전략연구센터(TSC)는 일본이 석유화학 플랜트를 다수 가동하고 있지 않을 뿐만 아니라 새로 건설하는 사례도 드물어 프로세스 도입의 필요성이 절실하지 않다고 판단하고 있다.
새로운 설비를 건설하면 처음부터 신규 프로세스를 적용할 수 있으나 기존 설비의 프로세스를 변경하는 것은 훨씬 난이도가 높기 때문이다.
석유화학 분야의 도입이 더딘 것과 반대로 다른 산업계에서는 막 분리 기술 적용이 본격화되고 있다.
천연가스 채굴 분야에서는 자연 압력으로는 회수할 수 없게 된 가스전의 회수율을 높이기 위해 압력으로 이산화탄소를 집어넣어 산출량을 늘리는 증진회수법(EOR) 도입이 진행되고 있고, 산출물인 천연가스에 이산화탄소가 함유돼 있어 이산화탄소 분리에 막 기술을 사용하고 있다.
원래 이산화탄소는 아민 흡착으로 회수했으나 촉매를 재이용하려면 열을 가해야 하기 때문에 에너지 코스트가 높다는 문제가 부각되고 있어 더 적은 에너지로 분리가 가능한 막 분리 도입이 본격화되고 있다.
고분자막 기술은 이전에도 확립돼 있으나 최근에는 제올라이트 막이 분압에 대한 내성과 높은 선택성을 보유하고 있다는 점에서 최신기술로 부상하고 있다.
다만, NGK Insulators 등 막 기술 보유기업들이 엔지니어링기업과 공동으로 참여하며 높은 평가를 받고 있으나 시장을 활성화시키기 위해서는 추가적인 연구개발이 요구되고 있다.
TSC는 앞으로 막 분리 기술 도입이 추진될 분야로 탄소중립 분야에 주목하고 있다.
CCS 기술 실현을 위해 필요한 이산화탄소와 메탄, 이산화탄소와 질소를 분리할 때 막을 이용할 수 있기 때문으로, 장시간 내구성 등 과제를 해결할 수 있으면 에너지 감축을 위한 핵심기술로 자리를 잡을 것으로 기대하고 있다.
국제에너지기구(IEA)는 2060년 CCS가 감축할 이산화탄소 배출량이 전체의 16%인 49억톤에 달할 것으로 예상했다.
CCS가 탄소중립을 위한 핵심적인 기술로 부상하고 있으나 분리‧회수 코스트를 절감할 수 있는 연구개발이 당면과제로 떠오르고 있고, 일본은 CCS의 일종인 EOR을 실용화하기 위해 무기막을 응용하는 방안을 검토하고 있다. (강윤화 선임기자)